Influence of non-plastic silt content on seismic liquefaction of sands

Abstract

Depremler, sismik olarak aktif bir bölgede bulunan Türkiye'nin en önemli problemlerinden birisidir. Deprem esnasında, aşırı boşluk suyu basıncının meydana çıkmasından dolayı, gevşek, doygun ve kohezyonsuz zeminler kayma dayanımlarını önemli bir oranda kaybedebilir ve adeta sıvı gibi davranabilirler. Bu durum zemin sıvılaşması olarak adlandırılır. Sıvılaşma, geoteknik mühendisliğinde araştırmaya değer ve en önemli olaylardan biridir ve araştırmacılar tarafından on yıllardır çalışılmaktadır. Sıvılaşma en çok kumlu zeminlerde meydana gelir ancak arazide bulunan zeminler belirli miktarlarda silt içerirler. Bu çalışmada, plastik olmayan silt içeriklerinin temiz kumların sıvılaşma potansiyeline etkileri, deneysel olarak Yeditepe Üniversitesi Zemin Mekaniği Laboratuvarında araştırılmıştır. Temiz kum, 3 farklı ince dane oranında (FC = yüzde 5, yüzde 15 ve yüzde 35) siltlerle karıştırılmıştır. Çevrimsel Direkt Basit Kesme Deneyleri (CDSS), her bir zemin için 100 kPa düşey efektif gerilme altında, geniş aralıkta ve farklı göreceli sıkılıklarda (Dr) ve 3 farklı çevrimsel gerilme oranında (CSR = 0.1, 0.12 ve 0.14) gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar temiz kum (FC = yüzde 0) ile karşılaştırılmış ve sismik sıvılaşma potansiyelindeki değişiklik araştırılmıştır. Neticede, yüzde 5 ince daneli siltli kumların sıvılaşma direncinin temiz kumların direncinden yüksek olduğu ve yüzde 35 ince daneli siltli kumların sıvılaşma direncinin temiz kumların direncinden düşük olduğu gözlemlenmiştir. Ayrıca, yüzde 15 ince dane içeriğine sahip siltli kumların sıvılaşma direncinin, göreceli sıkılığın yüzde 45'ten az olduğu zeminlerde, temiz kumların direncine kıyasla azaldığı gözlemlenmiş ve yüzde 15 ince dane içeriğine sahip siltli kumların sıvılaşma direncinin göreceli sıkılığın yüzde 45'ten fazla olduğu zeminlerde ise temiz kumların direncine kıyasla arttığı gözlemlenmiştir

Earthquakes are one of the important problems of Turkey because of being in a seismically active region. During earthquakes, loose, saturated, cohesionless soils could significantly lose their shear strength because of great excess pore water pressures generated and act like fluid, which is called soil liquefaction. Liquefaction is one of the most significant and worth researching phenomena in geotechnical engineering and it has been studied by researchers for decades. Liquefaction occurs mostly on sandy soils, but the soils in situ include a certain amount of silt. In this study, the effects of non-plastic silt contents on the liquefaction potential of sands were investigated experimentally at the Soil Mechanics Laboratory of Yeditepe University. The clean sand was mixed with silt at three different fines contents (i.e. FC = 5 percent, 15 percent, and 35 percent). Cyclic Direct Simple Shear (CDSS) tests were performed on each soil under 100 kPa vertical effective stress at a wide range of different relative densities (Dr) and under three different cyclic stress ratios (i.e. CSR = 0.1, 0.12 and 0.14). The results were compared with that of the clean sand (i.e. FC = 0%), and the change in the seismic liquefaction potential was investigated. In conclusion, it was observed that liquefaction resistance of silty sands with 5 percent fines content is greater than the resistance of clean sand and liquefaction resistance of silty sands with 35 percent fines content is smaller than the resistance of clean sands. In addition, it has been observed that liquefaction resistance of silty sands with 15 percent fines content decreases on soils where the relative density is less than 45 percent compared to the resistance of clean sands and liquefaction resistance of silty sands with 15 percent fines content increases on soils where the relative density is higher than 45 percent compared to the resistance of clean sands.